Title of Paper:昆虫糖基水解酶20家族β-N-乙酰己糖胺酶研究进展

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Date of Publication:2014-04-01

Journal:中国农业科学

Included Journals:PKU、ISTIC

Issue:7

Page Number:1303-1312

ISSN No.:0578-1752

Key Words:β-N-乙酰己糖胺酶;几丁质;糖基化修饰;晶体结构;农药靶标

Abstract:糖基水解酶20家族β-N-乙酰己糖胺酶是N-乙酰己糖胺代谢过程中一个重要的酶，其可将位于非还原端以β糖苷键连接的N-乙酰己糖胺从寡糖及糖复合物中水解下来。昆虫糖基水解酶20家族β-N-乙酰己糖胺酶参与昆虫多个生理过程，包括表皮几丁质水解、蛋白质N糖基化修饰、糖复合物水解及精卵识别，因此可能成为生态农药设计的潜在靶标，受到国内外学者的普遍关注。根据昆虫20家族β-N-乙酰己糖胺酶的进化关系和生理功能，可以将其分为4个亚家族，分别为Hex1、Hex2、Hex3和Hex4。Hex1主要在昆虫蜕皮时期的表皮中表达，RNA干扰该基因能够导致昆虫在发育过程中不能正常蜕皮而死亡。通过酶学性质研究发现，Hex1能够专一性水解以β1-4糖苷键连接的几丁质寡糖底物，而不能水解以其他形式连接的底物，是专一性的参与几丁质水解的β-N-乙酰己糖胺酶。目前获得的唯一一个昆虫β-N-乙酰己糖胺酶的晶体结构来自于亚洲玉米螟的OfHex1，其参与底物结合的“+1”位点存在一个特殊的三明治结构，使得 Hex1对几丁质寡糖具有高度的选择性和水解活性。Hex2在双翅目昆虫中并不存在，与人类的β-N-乙酰己糖胺酶具有高度的相似性，RNA干扰该基因的表达能够导致幼虫化蛹时异常，成虫翅、附肢、触角等异常。通过酶学性质研究表明，Hex2能够水解释放几丁质寡糖，糖复合物等底物中的β-N-乙酰己糖胺，具有广泛的底物谱。Hex2的功能可能与人类Hex酶的功能类似，参与糖复合物的水解。Hex3是目前研究较少的一类β-N-乙酰己糖胺酶，RNA干扰该基因的表达能够导致幼虫蜕皮过程异常。Hex3存在于昆虫蜕皮液中，与 Hex1存在相互作用，可能形成二聚体。通过酶学性质研究表明，Hex3能够水解几丁质寡糖底物，但活性较弱，说明其可能参与几丁质的水解。此外，Hex3、Hex1和 Hex4被发现存在于双翅目昆虫精子的表面，可能参与精卵识别过程。Hex4又被称为FDL，是因为该基因的缺失能够导致果蝇左右大脑发生融合（fused lobe）。它是另外一种具有严格底物选择性的β-N-乙酰己糖胺酶，能够专一性地水解糖复合物GnGn中α1-3分支上以β1-2糖苷键连接的GlcNAcβ1-2Man，通过细胞定位研究表明Hex4主要存在于高尔基体当中。以上表明Hex4的主要功能是参与细胞内的糖基化修饰过程。尽管目前对于昆虫β-N-乙酰己糖胺酶的研究取得了很大的进展。对 Hex1的功能、酶学性质和晶体结构研究得较为透彻，对于设计环境友好的杀虫剂具有较强的指导意义。但其他3种β-N-乙酰己糖胺酶在生理条件下如何发挥功能，以及4种β-N-乙酰己糖胺酶活性差异的结构基础并不是十分清楚。作者从进化关系、晶体结构、酶学性质和生理功能等方面对昆虫糖基水解酶20家族β-N-乙酰己糖胺酶的研究进展进行综述。